۵ روش اصلی حذف یون و تصفیه آب در دنیا
مقایسه انواع روشهای حذف یون از آب
در دنیا روشهای مختلفی برای حذف یون وجود دارد. حذف یون با هدف تصفیه آب و خالص سازی آب انجام میشود. در این مقاله قصد داریم ۵ روش اصلی حذف یونهای زائد مثل نمک و آلاینده‌های یونی از آب را معرفی کنید.
۵ روش اصلی حذف یون و تصفیه آب در دنیا
شماتیک مراحل تصفیه و بازیابی در روش یون زدایی ظرفیتی
روش یون زدایی ظرفیتی
در روش غشایی یونزدایی ظرفیتی، یونها با اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو الکترود پوشیده شده با غشاءهای تبادل یونی از آب حذف میشوند. در این روش حذف یون از آب ورودی با جذب یونها توسط الکترودها اتفاق می‌افتد. هنگامی که الکترودها اشباع میشوند، با برعکس کردن ولتاژ اعمالی (مرحله بازیابی) می‌توان الکترودها را دوباره احیا کرد. در این مرحله با عبور یک جریان آب قوی یونها به بیرون منتقل میشوند. شماتیک زیر دو مرحله تصفیه و بازیابی را نشان می‌دهد.
کاربردهای روش یونزدایی ظرفیتی
فناوری یون زدایی ظرفیتی یک روش بدون استفاده از مواد شیمیایی، ارزان قیمت و سازگار با محیط زیست است که برای سیستمهای نرمکننده آب معمولی و سیستمهای شیرینکننده آبهای لب شور استفاده میشود. این روش برای یونزدایی آبهای حاوی نمک با غلظتی متوسط (TDS <4000ppm) بیشتر کاربرد دارد.
- کاربردهای صنعتی و تجاری
از جمله کاربردهای صنعتی این روش عبارتند از تصفیه آب ورودی به دیگهای بخار و برجهای خنککننده، تصفیه پساب فاضلابها برای استفاده مجدد و کاهش میزان نمک آب شور یا آبهای زیرزمینی برای استفاده مجدد صنعتی.
- واحدهای خشکشویی
یون زدایی ظرفیتی میتواند مقدار TDS موجود در فاضلاب خروجی از واحدهای شستو شو را تصفیه کرده و تا ۹۰ درصد آب مصرفی را بازیابی کند.
- لوازم خانگی
فناوری یون زدایی ظرفیتی قابلیت بسیار خوبی در سفارشی کردن اندازه، شکل و هندسه دستگاه دارد که باعث شده این فناوری بسیار انعطاف پذیر باشد. این شرایط به تولید کنندگان لوازم خانگی امکان استفاده از از این فناوری را در کنار دستگاه‌های خود می‌دهد.
اسمز معکوس
اسمز معکوس (RO) روشی است که درآن تصفیه آب در اثر عبور آب از درون یک غشاء نیمه تراوا انجام میشود. نیروی محرکه این فرآیند، اعمال فشاری بیشتر از فشار اسمزی است. در اثر اعمال این فشار آب از طریق غشاء نیمه تراوا، که دارای حفرههای کوچک است، عبور داده شده و تنها مولکولهای آب می‌توانند از آن عبور کنند. اندازه حفرات به گونه‌ای طراحی شده است که اجازه عبور نمک و دیگر اجزای یونی بزرگتر را نمی‌دهد.
کاربردهای روش اسمز معکوس
اسمز معکوس به طور گسترده‌ای برای نمکزدایی آب استفاده میشود و میتواند حدود ۹۵-۹۹ درصد بیشتر گونههای یونی را حذف کند و توسعه فناوری آن باعث شده از لحاظ قیمتی بسیار قابل رقابت باشد.
- نمک زدایی آب شور و آب دریا در مقیاس کلان
- تولید آب آشامیدنی
- تصفیه آب و فاضلاب
- صنایع غذایی و آشامیدنی
محدودیتهای روش اسمز معکوس
با وجود کاربردهای فراوان، این روش دارای محدودیتهای مختلفی نیز هست:
- نیاز به فرایند پیش تصفیه
- مصرف بالای انرژی
یکی از چالش‌های استفاده از روش اسمز معکوس در تصفیه و نمک زدایی آبهای با میزان آلودگی کمتر از TDS <4000ppm است. در این میزان از سطح شوری روش اسمز معکوس از لحاظ انرژی مقرون به صرفه نیست. اما در آبهای با غلظت نمک بالاتر (به عنوان مثال آب دریا)، در سیستم های اسمز معکوس از یک دستگاه بازیابی انرژی برای کاهش مصرف انرژی استفاده میکنند.
- نرخ پایین تصفیه آب
میزان بازیافت آب بوسیله روش اسمز معکوس معمولا کمتر از ۷۵ درصد است که این مقدار در مقیاس‌های کوچک به حدود ۲۰-۳۰ درصد کاهش می‌یابد.
الکترودیالیز
الکترودیالیز(ED) یک روش الکتروشیمیایی برای حذف یونها از آب است. در روش الکترودیالیز معکوس که هم خانواده الکترودیالیز است، قطبش الکترودها در فواصل منظم معکوس میشود. این فرایند باعث خود تمیزشوندگی غشاء میشود، زیرا خاکهایی که بر روی غشا ایجاد شده است به درون محلول کشیده میشوند. البته لازم به ذکر است که تغییرات مکرر قطبیت باعث کاهش تصفیه آب میشود.
کاربردهای روش الکترودیالیز
ED و EDR برای نمکزدایی آب با غلظت نمک متوسط (TDS<3000ppm) استفاده میشود:
نمکزدایی آب شور – شیرین سازی آب در مقیاس بزرگ مثل کارخانه و شهر – تصفیه فاضلاب و پسابهای صنعتی
محدودیتهای روش الکترودیالیز
پیش تصفیه آب – نیاز به آب با خلوص بسیار بالا
زمانی که تولید آبی با غلظت نمک بسیار کم نیاز باشد، ED و EDR بازده کمی دارند وکمتر مقرون به صرفه هستند.
- هزینه های بالا
EDR نیازمند سرمایه گذاری بسیار بالا به ویژه برای غشاء و الکترود است و اغلب در مقیاس کوچک از لحاظ اقتصادی قابل قبول نیست.
الکترودیونیزاسیون
Electrodeionization(EDI) یا Electrodeionization Continuous (CEDI) یک روش الکترودیالیز بهبود یافته با هدف تولید آب فوق خالص است. CEDI نیاز به پیش عملیات آب تغذیه دارد، بنابراین آب تا قبل از تغذیه به CEDI فقط شامل چند ppm یون میباشد.
کاربردهای روش الکترودیونیزاسیون
کاربرد اصلی سیستمهای EDI / CEDI تولید آب خالص یا فوق خالص برای فرایندهای صنعتی است.
- آب با خلوص بالا
از این روش برای تولید آب مصرفی آزمایشگاهها، داروسازی، بیوتکنولوژی و بیمارستانها استفاده میشود. CEDI میتواند آب با غلظت نمک بسیار کم در محدوده ۰۱/۰ تا ۱/۰ ppm تولید کند.
- آب ورودی بویلرها و دیگهای بخار
- آب مورد نیاز برای شست و شو با کیفیت بالا
محدودیتهای روش الکترودیونیزاسیون
- غلظت نمک بالا
CEDI برای تصفیه آب با غلظت نمک بیش از ppm30 مناسب نیست. این نیاز به ورود با TDS پایین (به عنوان مثال تغذیه خالص شده توسط RO) دارد.
- حساسیت به پوسته پوسته شدن و رسوب
روش CEDI در برابر رسوب و پوسته پوسته شدن بسیار حساس است، بنابراین نیاز به پیش تصفیه آب در آن ضروری است. سختی آب به طور معمول باید کمتر از ppm 1(همچون CaCO3)، کلرین <05/0ppm، TOC <0.5ppm، SDI <1 و ، H2S <0.01 ppm ، Mn وFe باشد.
- هزینه های بالا و تعمیر و نگهداری زیاد
تصفیه آب به روش تبادل یونی
نرم کننده های تبادل یونی آب (IEX) بر پایه رزینهای تبادل یونی هستند که قادر به تبادل یونهای سخت موجود در آب ورودی با نوع دیگری از یونها هستند. در واقع در این روش، رزین تبادل یونی، یونهای کلسیم (Ca2) و منیزیم (Mg2) را جذب میکنند و یون های سدیم (+Na) را جایگزین میکند.
فرآیند تبادل یونی سریع و برگشتپذیر با فرآیند بازسازی است. به این معنی که اگر رزین به ظرفیت مبادله خود برسد (یعنی تمام یونهای سدیم موجود با منیزیم یا کلسیم مبادله شده است) باید با عبور از یک محلول حاوی غلظت بالایی از نمکهای سدیم مانند آب نمک (کلرید سدیم) در یک فرآیند که به عنوان فرآیند بازیابی شناخته میشود، دوباره شارژ شود.
کاربردهای روش تبادل یونی
تشکیل رسوب در بویلرها و تشکیل صابون های غیرمحلول در شست و شو، تقاضای زیادی برای آب نرم ایجاد کرده است. بنابراین کابرد اصلی تصفیه کنندههای تبادل یونی تولید آب نرم، برای شست و شوی لباس، دیگ های آب خانگی، دیگهای صنعتی کم فشار، صنایع نساجی و پروسههای شیمیایی است.
مهمترین کاربردهای روش تبادل یونی عبارتند از:
- شست و شو
- آب ورودی دیگ بخار
محدودیتهای روش تبادل یونی
- تعمیر و نگهداری زیاد
- حساسیت به رسوب و نشست
نشست آهن شایع ترین علت شکست عملکرد نرمکننده است.
- سطح بالای سدیم
واتک اولین شتاب دهنده تخصصی حوزه های فناوری آب می باشد که تحت حمایت معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری مشغول فعالیت می باشد.این مرکز بستری بسیار مناسب را برای پرورش و تجاری سازی ایده‌های خلاقانه و نوآورانه حوزه آب فراهم کرده است.
